早產(chǎn)兒和肺部疾病患者的肺部通常會積累過多的液體，氧氣治療作為一種常規(guī)用藥，可以通過增強氣道功能起到挽救生命的作用，但是長期暴露于高氧會導(dǎo)致不可逆的肺損傷。雖然高氧的不良反應(yīng)是由活性氧介導(dǎo)的，但高氧對肺中氧化還原依賴性調(diào)節(jié)的影響程度尚不清楚，s-谷胱甘肽化（SSG）對特定蛋白質(zhì)的調(diào)控機制還未解析。

太平洋西北國家實驗室生物科學(xué)部的Tong Zhang,等在Redox Biology發(fā)表了題為“Regulation of hyperoxia-induced neonatal lung injury via post-translational cysteine redox modifications”的文章。該研究在暴露于高氧環(huán)境下的Scnn1b過表達(dá)小鼠中觀察到大量的SSG變化，這表明ENaC在細(xì)胞調(diào)節(jié)中起著至關(guān)重要的作用。通過TMT蛋白質(zhì)組和谷胱甘肽修飾蛋白質(zhì)組分析，發(fā)現(xiàn)Scnn1b過表達(dá)可能通過調(diào)節(jié)細(xì)胞粘附、凝血和蛋白水解等特定過程來保護高氧誘導(dǎo)的肺損傷。這項研究提供了肺中蛋白質(zhì)氧化的全景視圖，并強調(diào)了氧化還原調(diào)節(jié)在O2 誘導(dǎo)的肺損傷中的重要性。

文章名稱: Regulation of hyperoxia-induced neonatal lung injury via post-translational cysteine redox modifications（Redox Biology, 2022, IF=11.4）

研究材料：Scnn1b過表達(dá)小鼠、野生型小鼠

組學(xué)技術(shù)：谷胱甘肽修飾蛋白質(zhì)組、TMT蛋白質(zhì)組

PART.01

研究思路

PART.02

研究結(jié)果

1.慢性高氧下新生兒轉(zhuǎn)基因Scnn1b肺表型

為了驗證上皮鈉通道在減輕氧化損傷中起重要作用，研究者們進(jìn)行了生化分析和質(zhì)譜檢測。如圖1A-C所示，WT小鼠慢性吸入Fi O 2和Scnn1b過表達(dá)小鼠都可以增加破壞指數(shù)、嗜中性粒細(xì)胞浸潤、氧化應(yīng)激，而慢性高 O 2暴露顯著降低Scnn1b過表達(dá)肺的這些數(shù)值。此外，與維持在慢性85% Fi O 2暴露下的WT肺相比，轉(zhuǎn)基因Scnn1b肺中參與促纖維化反應(yīng)基因的mRNA水平顯著較低（圖1D-F）。通過MS蛋白質(zhì)組學(xué)分析，正常氧下的轉(zhuǎn)基因Scnn1b小鼠的監(jiān)測BALF肺損傷和應(yīng)激的標(biāo)記物水平明顯高于WT小鼠，高氧能夠進(jìn)一步誘導(dǎo)這些標(biāo)記物的水平（圖1G-I）。這些結(jié)果表明Scnn1b的過表達(dá)小鼠表現(xiàn)出肺損傷和炎癥水平的升高，但可能對高氧暴露介導(dǎo)的肺損傷/炎癥和纖維化具有潛在的保護作用。

圖1 Scnn1b轉(zhuǎn)基因肺在慢性高氧下的表型

（圖源：Zhang T, et al., Redox Biology, 2022）

2.高氧誘導(dǎo)下的整體蛋白表達(dá)變化

為了識別每種基因型在高氧暴露后豐度發(fā)生顯著變化的蛋白質(zhì)，進(jìn)行了基因本體分析，結(jié)果表明“氧化還原過程”是兩種基因型共有的最重要且唯一的途徑（圖2A）。在該途徑的兩種基因型中都觀察到NDUA6和NDUS1，并且每一種在高氧條件下都表現(xiàn)出豐度的減少（圖2B）?；凇皫锥≠|(zhì)分解代謝過程”的恢復(fù)，在慢性高氧下轉(zhuǎn)基因Scnn1b小鼠的幾丁質(zhì)分解代謝受到了干擾，包括CHIA、CHIL3和CHIL4的顯著下調(diào)（圖2C）。綜上所述，高氧誘導(dǎo)轉(zhuǎn)基因Scnn1b小鼠的蛋白變化比野生型小鼠更多樣化。

圖2 高氧會影響特定生物過程中蛋白質(zhì)的豐度

（圖源：Zhang T, et al., Redox Biology, 2022）

3.高氧誘導(dǎo)的蛋白質(zhì)SSG修飾的變化

本研究通過差異修飾的Cys位點來確定SSG調(diào)節(jié)對高氧反應(yīng)的蛋白質(zhì)和途徑。在SSG修飾中具有顯著變化的這些蛋白質(zhì)的基因本體論表明，高氧條件下多種生物過程在野生型或轉(zhuǎn)基因Scnn1b小鼠中明顯過量表達(dá)（圖3A）。在轉(zhuǎn)基因Scnn1b小鼠中，“細(xì)胞粘附”被認(rèn)為是最具代表性的類別，并且轉(zhuǎn)基因小鼠的Cys位點比野生型小鼠多（圖3B）。此外，血液凝固相關(guān)的高級生物過程中含有Cys位點的蛋白，在轉(zhuǎn)基因Scnn1b小鼠高氧后主要表現(xiàn)出上調(diào)的谷胱甘肽化（圖3C）。對“蛋白水解”類別更深入的觀察揭示了多種具有SSG水平改變的Cys位點的蛋白質(zhì)（圖3D）。

圖3 高氧影響小鼠肺中與多種生物學(xué)過程相關(guān)的蛋白質(zhì)的谷胱甘肽化

（圖源：Zhang T, et al., Redox Biology, 2022）

4.高氧誘導(dǎo)的蛋白質(zhì)總氧化的變化

通過測量蛋白質(zhì)硫醇總氧化來證實關(guān)于蛋白質(zhì)SSG的發(fā)現(xiàn)是否正確，結(jié)果表明Cys位點的SSG和總氧化數(shù)據(jù)集之間有很強的相關(guān)性（圖4A）。這些數(shù)據(jù)還強調(diào)了在SGG或總氧化水平下，其Cys位點氧化水平受到高氧擾動，這表明SSG是蛋白質(zhì)半胱氨酸氧化水平的檢測標(biāo)準(zhǔn)之一（圖4B）。

圖4 高氧后過表達(dá)Scnn1b小鼠Cys位點的總巰基氧化

（圖源：Zhang T, et al., Redox Biology, 2022）

5.TMT蛋白質(zhì)組的差異調(diào)節(jié)有助于SCNN1B的保護作用

本研究旨在確定可能有助于上皮鈉通道的β亞基（β-ENaC）對高氧誘導(dǎo)的肺損傷的保護作用的蛋白質(zhì)?？偟鞍棕S度的分析揭示了兩種基因型小鼠之間差異調(diào)節(jié)的蛋白質(zhì)。這些蛋白質(zhì)參與了不同的生物學(xué)過程，包括蛋白質(zhì)折疊、ATP合成和細(xì)胞器組織（圖5A）。并且其中的許多蛋白質(zhì)在野生型小鼠中表現(xiàn)出豐度的增加，包括與氧化應(yīng)激密切相關(guān)的蛋白質(zhì)折疊（圖5B-C）。

圖5 過表達(dá)Scnn1b導(dǎo)致高氧誘導(dǎo)的蛋白豐度變化的差異調(diào)節(jié)

（圖源：Zhang T, et al., Redox Biology, 2022）

PART.03

小結(jié)

肺谷胱甘肽修飾蛋白質(zhì)組與TMT蛋白質(zhì)組的結(jié)果表明高氧不會引起氧化還原穩(wěn)態(tài)的劇烈干擾。此外，Scnn1b過表達(dá)可能通過調(diào)節(jié)細(xì)胞粘附、凝血和蛋白水解等特定過程來保護高氧誘導(dǎo)的肺損傷。SSG對特定蛋白質(zhì)的調(diào)節(jié)的新發(fā)現(xiàn)加深了我們對肺對高 O 2反應(yīng)的氧化還原調(diào)節(jié)作用的理解，強調(diào)了氧化還原調(diào)節(jié)在肺部的重要性。

PART.04

拜譜小結(jié)

谷胱甘肽（GSH）是哺乳動物細(xì)胞內(nèi)豐度最高的低分子抗氧化劑，對維持細(xì)胞氧化還原狀態(tài)具有重要作用。蛋白質(zhì)的S-谷胱甘肽修飾可改變蛋白的結(jié)構(gòu)，影響蛋白質(zhì)的復(fù)合體形成以及多種細(xì)胞學(xué)功能。拜譜生物作為一家國內(nèi)領(lǐng)先的多組學(xué)公司，在半胱氨酸氧化還原修飾領(lǐng)域組積累了豐富的項目經(jīng)驗，成功助力Nature文章發(fā)表，可提供棕櫚?；喯趸?、谷胱甘肽化、次磺酸化、硫巰基化、Total 氧化還原、游離巰基蛋白質(zhì)組學(xué)檢測服務(wù)，其中谷胱甘肽修飾蛋白質(zhì)組目前可鑒定超過2000余種的蛋白質(zhì)，歡迎大家咨詢！

參考文獻(xiàn)：Zhang T, Day NJ, Gaffrey M, Weitz KK, Attah K, Mimche PN, Paine R 3rd, Qian WJ, Helms MN. Regulation of hyperoxia-induced neonatal lung injury via post-translational cysteine redox modifications. Redox Biol. 2022; 55:102405. doi: 10.1016/j.redox.2022.102405.